JPH1143397A - シリコン単結晶およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 チョクラルスキー法により製造される結晶に
おいて、ＣＯＰおよびＣＯＰ発生原因となる微小欠陥を
低減させる結晶引上げ方法を提供する。 【解決手段】 結晶を融点から１３００℃以上の温度領
域を４００分以上徐冷して引き上げる（方法１）、方法
１に加えて１３５０℃以上の温度領域を通過する時間を
６０分未満とする（方法２）、方法１に加えて引上げ速
度（ｖ：ｍｍ／分）と凝固界面の結晶温度勾配（Ｇ：℃
／ｍｍ）の比ｖ／Ｇが０．１３よりも大きくなる条件で
結晶引上げを行う（方法３）、方法１あるいは方法２あ
るいは方法３に加えて１１００℃から１０００℃の温度
領域を結晶冷却速度１．０℃／分未満で徐冷する（方法
４）、方法１あるいは方法２あるいは方法３に加えて、
１１００℃から１０００℃の温度領域を結晶冷却速度
１．０℃／分以上で急冷する（方法５）より成る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、結晶欠陥を大幅に
低減させたチョクラルスキー法（以下、ＣＺ法）により
製造されたシリコン単結晶およびその製造法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＣＺシリコン単結晶は結晶強度が高いな
どのすぐれた特徴を有しているため、従来よりＬＳＩ用
の材料として広く用いられている。近年のＭＯＳデバイ
ス集積度の増大にともない、ゲート酸化膜の信頼性向上
やＰＮ接合リーク低減等のデバイス特性に優れ、また素
子間分離における不良が生じにくいＣＺシリコン単結晶
の製造技術開発が望まれていた。特に、ＣＯＰは鏡面研
磨後のシリコンウエハー表面に存在する微小ピットで、
このピット自身およびピットを発生させる原因となる微
小欠陥が先に述べたデバイス特性や素子間分離の不良原
因となることが最近明らかにされ、その低減が切望され
ていた。

【０００３】ＣＯＰ（Crystal Originated Particle）
とは、シリコンウエハー加工工程において研磨後、ウエ
ハー表面をアンモニア水と過酸化水素水の混合液（アン
モニア：過酸化水素：水＝１：１：５）で洗浄（ＳＣ−
１洗浄と呼ばれる）した後に、ウエハー表面に微小欠陥
に起因したピットが形成し、レーザーパーティクルカウ
ンターで測定すると真性のパーティクルとともにパーテ
ィクルとして検出される。このようなピットを真性パー
ティクルと区別するためにＣＯＰと呼ばれる。この低減
方法については、従来、ＣＺシリコン単結晶製造におけ
る酸化膜耐圧の向上と関係してその低減技術が知られて
いた。特開平６−２７９１８８号公報においては、１２
００℃〜１４２０℃の温度領域に１時間以上保持して結
晶引上げする方法が開示され、特開平８−２９９３号公
報では、１２００℃までの高温域を通過する時間が２０
０分以上となるようにし、１２００℃〜１０００℃の低
温域を通過する時間が１５０分以下とする方法、特開平
８−１５７２９３号公報では、１２００℃までの高温域
を通過する時間を２００分未満とし１２００℃〜１００
０℃の低温域を通過する時間を１３０分以下とする方法
が開示されている。

【０００４】これらの従来技術においては、本発明者ら
は、引上げ中の結晶の冷却条件を極端に変更した種々の
結晶を育成し、また、引上炉内で結晶を保持する実験と
単に研磨・洗浄直後のウエハーのＣＯＰ観察のみなら
ず、洗浄と観察を繰り返し行い真性パーティクルを除去
しＣＯＰ発生原因の欠陥のみの体積密度を評価する方
法、および赤外レーザ干渉法によりＣＯＰ発生原因の微
小欠陥の体積密度のみならずサイズも同時測定しＣＯＰ
発生原因となっている微小欠陥を構成する点欠陥の総量
を評価する観察実験にもとづいて、ＣＯＰおよびＣＯＰ
発生原因となっている微小欠陥の低減には１２００℃〜
１３００℃の温度領域の保持では効果がなく、さらに、
その温度領域における結晶通過時間も６０〜２００分程
度ではＣＯＰおよびＣＯＰ発生原因の微小欠陥の顕著な
低減は見られないことを見いだした。

【０００５】したがって、引上げ中の結晶において顕著
にＣＯＰおよびＣＯＰ発生原因となる微小欠陥を低減さ
せる結晶引上げ方法、さらに、現在市場において流通し
ている大部分を占める、Ｒ−ＯＳＦ（Ringlikely distr
ibuted Oxidation-induced-Stacking-Faults：リング状
分布積層欠陥、参考文献：雑誌「応用物理」５７巻、１
５４１頁、１９８８年）領域が面内に存在せずエッジ部
で消失している結晶あるいはＲ−ＯＳＦ領域がウエハー
中心で消失していない結晶に関して、ＣＯＰおよびＣＯ
Ｐ発生原因となる微小欠陥を極端に低減する最適方法は
存在しなかった。また、Ｒ−ＯＳＦ領域がウエハー面内
に存在せず、またウエハー中心でも消失していない結晶
において、ＣＯＰおよびＣＯＰ発生原因となる微小欠陥
を極端に低減させた結晶も存在しなかった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、チョクラル
スキー法（以下、ＣＺ法）により製造される結晶におい
て、顕著にＣＯＰおよびＣＯＰ発生原因となる微小欠陥
を低減させる結晶引上げ方法、さらに、現在市場におい
て流通している大部分を占める、Ｒ−ＯＳＦ領域が面内
に存在せずエッジ部で消失している結晶あるいはＲ−Ｏ
ＳＦ領域がウエハー中心で消失していない結晶に関し
て、ＣＯＰおよびＣＯＰ発生原因となる微小欠陥を極端
に低減させたシリコン単結晶およびその製造法に関す
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明においては、引上げ中の結晶に関して、結晶温
度が１３００℃以上の領域で、４００分以上の保持され
る条件で結晶引上げ成長を行う（方法１）。さらに、Ｒ
−ＯＳＦ領域を結晶エッジ部外に除去しＣＯＰおよびＣ
ＯＰ発生原因の微小欠陥を低減するために融点から１３
５０℃の結晶温度領域の通過時間を６０分未満とし、１
３５０℃〜１３００℃の結晶温度領域を４００分以上保
持する結晶引上げを行う（方法２）。あるいはＲ−ＯＳ
Ｆ領域を結晶エッジ部外に除去しＣＯＰおよびＣＯＰ発
生原因の微小欠陥を低減するために、引上げ速度をｖ
（ｍｍ／分）とし凝固界面での結晶温度勾配Ｇ（℃／ｍ
ｍ）とするとき、ｖ／Ｇ＞０．１３となる条件で引上
げ、かつ１３００℃以上の結晶温度域内を通過する時間
が４００分以上となるよう結晶引き上げ成長する（方法
３）。さらに、（方法１）あるいは（方法２）あるいは
（方法３）に加えて、ＣＯＰおよびＣＯＰ発生原因の微
小欠陥密度をさらに小さくするために、１１００℃から
１０００℃の温度範囲の冷却速度を１．０℃／分未満と
し徐冷する（方法４）。また、（方法１）あるいは（方
法２）あるいは（方法３）に加えて、ＣＯＰおよびＣＯ
Ｐ発生原因の微小欠陥サイズをさらに小さくするために
１１００℃から１０００℃の温度範囲の冷却速度を１．
０℃／分以上とし急冷する（方法５）。

【０００８】本発明方法１ないし２ないし３ないし５の
方法で製造することによって０．１３μｍ以上の大きな
ＣＯＰが存在しないシリコン単結晶が得られる。また、
本発明方法１ないし２ないし３ないし４ないし５の方法
によって、シリコン単結晶から切断および鏡面加工した
ウエハー表面において０．１１μｍ以上のＣＯＰが０．
１個／ｃｍ^２以下であるシリコン単結晶を製造できる。
本発明の１〜５の製造方法によると、シリコン単結晶中
に存在するＣＯＰを形成する微小結晶欠陥の体積密度は
５×１０^５／ｃｍ^３以下であり、また、当該微小欠陥を
構成する点欠陥濃度が、母相の単位体積（１ｃｍ^３）に
対し１０^１２ｎｍ^３以下である通常従来結晶に比べて１
桁以上微小欠陥密度および点欠陥濃度を低減したシリコ
ン単結晶が得られ、絶縁酸化膜の耐電圧特性やＰ／Ｎリ
ーク特性などのデバイス特性も優れている。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明者らは、引上げ中の結晶の
冷却条件を極端に変更した種々の結晶を育成し、また、
引上炉内で結晶を保持する実験と単に研磨・洗浄直後の
ウエハーのＣＯＰ観察のみならず、洗浄と観察を繰り返
し行い真性パーティクルを除去しＣＯＰ発生原因の欠陥
のみの体積密度を評価する方法、および赤外レーザ干渉
法によりＣＯＰ発生原因の微小欠陥の体積密度のみなら
ずサイズも同時測定しＣＯＰ発生原因となっている微小
欠陥を構成する点欠陥の総量を評価する観察実験にもと
づいて、ＣＯＰおよびＣＯＰ発生原因となる微小欠陥の
形成と結晶冷却条件の間に次のような関係があることを
発見した。すなわち、引上げ中の結晶を引上げ途中で引
上げ速度を極端にほぼ停止状態まで減速し引上炉内で結
晶を保持しＣＯＰおよびＣＯＰ発生原因となる微小欠陥
の発生挙動を調べたところ、図１に示すような結果とな
った。図１（ａ）には０．１１μｍ以上のＣＯＰの面密
度、図１（ｂ）にはＲ−ＯＳＦ領域を示すためのＸ線ト
ポグラフ写真、そして図１（ｃ）には赤外レーザー干渉
法により測定したＣＯＰ発生原因となる微小欠陥の体積
密度をそれぞれ引上げ中の結晶の保持温度の関数として
示している。図１（ａ）および（ｃ）から明らかなよう
に、ＣＯＰおよびＣＯＰ発生原因となる微小欠陥が面密
度でゼロレベル、体積密度で１０^４／ｃｍ^３以下に減少
す温度領域は１３００℃以上である。また、図１（ｂ）
のＸ線トポグラフ写真において、融点から１３５０℃の
温度領域を保持された部位は、Ｒ−ＯＳＦ領域が結晶中
心部で閉じ消失しているのが明らかである。したがっ
て、ＣＯＰあるいはＣＯＰを発生させる原因となる微小
欠陥を低減させるためには１３００℃以上の徐冷が必要
であるが、１３５０℃以上を徐冷しすぎるとＲ−ＯＳＦ
領域が結晶中心側に存在するようになる。また、図１
（ｃ）において１１００℃〜１０００℃の温度範囲にお
いて体積密度が減少するのが認められ、図１（ａ）で
は、同温度範囲において０．１１μｍ以上のＣＯＰ面密
度の一時的な減少と一時的な増加が認められる。０．１
１μｍ以上のＣＯＰ面密度が一時的に減少する位置は
０．１６μｍ以上の大きなＣＯＰが増加する位置と一致
していることから、この温度領域ではＣＯＰ発生原因と
なる微小欠陥が成長することがわかる。特に、大きな微
小欠陥はより高温側で成長し小さな微小欠陥は低温側で
成長する。この結果、０．１１μｍ以上のＣＯＰの一時
的な増加は、小さなＣＯＰ発生原因微小欠陥が成長した
領域であると考えられる。この結果から、この温度領域
の冷速を高めることによりＣＯＰ発生原因となる微小欠
陥の成長を抑制することが可能で、また、この温度領域
を徐冷することで、微小欠陥密度をさらに低減すること
が可能である。

【００１０】上記は、引上炉内における引上げ結晶の保
持による微小欠陥観察結果であったが、実際に引上炉内
で引上げ中の結晶を減速し保持することなく、一定速度
で結晶成長した場合の高温域の徐冷効果を調べたとこ
ろ、図２に示す結果を得た。すなわち、図２（ａ）は１
３００℃以上の温度領域を通過する結晶の滞在時間に対
する０．１１μｍ以上のＣＯＰの個数の変化を示し、図
２（ｂ）は１３００℃以上の温度領域を通過する結晶の
滞在時間に対するＣＯＰ発生原因となる微小欠陥の総体
積、すなわち当該微小欠陥を構成する点欠陥の総量変化
に対応する結果を示す。この結晶においてはＲ−ＯＳＦ
領域は結晶エッジ部に位置し中心領域に存在しない。図
２から明らかなように、１３００℃以上の温度領域を４
００分以上通過することによってＣＯＰはほぼゼロレベ
ルで、ＣＯＰを発生させる微小欠陥構成要素である点欠
陥の総量がほぼ１桁減少することがわかる。

【００１１】以上の結果から、ＣＯＰおよびＣＯＰ発生
原因となる微小欠陥の形成を抑制するためには高温徐冷
が必要であるが、効果的な温度範囲は１３００℃以上で
あり必要とする徐冷時間は４００分以上である。

【００１２】さらに、現在市場において流通している大
部分を占める、Ｒ−ＯＳＦ領域が面内に存在せずエッジ
部で消失している結晶あるいはＲ−ＯＳＦ領域がウエハ
ー中心で消失していない結晶の製造条件は以下の二つの
条件であることがわかった。すなわち、徐冷温度を１３
５０℃以上にすると、徐冷時間にともなってＲ−ＯＳＦ
領域が結晶エッジ部から中心側に入り込むようになる。
本発明においては、Ｒ−ＯＳＦ領域を結晶中心部で消失
させない条件として１３５０℃以上の徐冷時間は６０分
未満が好ましいことが明らかとなった。Ｒ−ＯＳＦ領域
が結晶中心部において消失しない別の条件として、引上
げ速度（ｖ：ｍｍ／分）と凝固界面の結晶温度勾配
（Ｇ：℃／ｍｍ）の比ｖ／Ｇが０．１３よりも大きくな
る条件で結晶引上げを行えばよいことがわかった。この
引上げ速度（ｖ：ｍｍ／分）と凝固界面の結晶温度勾配
（Ｇ：℃／ｍｍ）の比ｖ／Ｇによって、Ｒ−ＯＳＦ領域
の発生位置が変化することは特開平７−２５７９９１号
公報に記載されているが、本発明においては、Ｒ−ＯＳ
Ｆ領域が結晶中心部において消失しない結晶引上げ条件
はｖ／Ｇが０．１３よりも大きくなる条件であることが
わかった。

【００１３】ＣＯＰ欠陥制御のための低温側の結晶冷却
条件に関しては、その効果は特開平８−２９９３号公報
において、ＣＯＰ発生原因となる微小欠陥の成長に関係
し冷速が大きい方が当該微小欠陥の成長が抑制され、冷
速を小さくすることで成長が進むが密度を低減すること
ができることが開示されている。しかしながら、本発明
においては、１３００℃以上の高温徐冷を十分行ってお
けば１１００℃〜１０００℃の低温度領域においての急
冷速度が１．０℃／分程度でもＣＯＰおよびＣＯＰ発生
原因となる微小欠陥は十分に低減できることが初めて見
いだされた。さらに、１３００℃以上の高温徐冷を十分
に行っておけば、１１００℃〜１０００℃の低温度領域
において１．０℃／分以下の冷速で徐冷を行うことによ
り大きなＣＯＰ発生原因となる微小欠陥は成長せず、む
しろ一層の密度低下をもたらすことも初めて見いだされ
た。また、本発明の１３００℃以上の十分な高温徐冷と
１１００℃〜１０００℃の低温度領域の急冷（冷却速度
が１．０℃／分以上）を組み合わせることによってＣＯ
Ｐサイズの低減によるＣＯＰ発生の抑制効果が顕著とな
ることは言うまでもない。１１００℃〜１０００℃の温
度領域の効果は、冷却速度が１．０℃／分未満の徐冷の
場合はＣＯＰおよびＣＯＰ発生原因となる微小欠陥の構
成要素である点欠陥の凝集を促進することによりＣＯＰ
およびＣＯＰ発生原因の微小欠陥密度を低減させる効果
があり、冷却速度が１．０℃／分以上の急冷の場合は、
逆にＣＯＰおよびＣＯＰ発生原因となる微小欠陥の構成
要素である点欠陥の凝集を抑制することによりＣＯＰお
よびＣＯＰ発生原因の微小欠陥のサイズを低減させる効
果がある。

【００１４】本発明方法１では、結晶引き上げ炉内に温
度制御機能を設置し１３００℃以上の温度領域におい
て、引上げられる結晶を４００分以上徐冷することでＣ
ＯＰおよびＣＯＰ発生原因となる微小欠陥を構成する主
たる点欠陥である原子空孔を結晶外方へ拡散させ減少さ
せることにより、当該微小欠陥の形成を低減する。

【００１５】本発明方法２では、方法１の作用に加え
て、Ｒ−ＯＳＦ領域が結晶中心側に入り込まないように
するために１３５０℃以上の温度領域を通過する時間を
６０分未満とする。

【００１６】本発明方法３では、方法１の作用に加え
て、Ｒ−ＯＳＦ領域が結晶中心側に入り込まないように
するために引上げ速度（ｖ：ｍｍ／分）と凝固界面の結
晶温度勾配（Ｇ：℃／ｍｍ）の比ｖ／Ｇが０．１３より
も大きくなる条件で結晶引上げを行う。

【００１７】本発明方法４では、方法１あるいは方法２
あるいは方法３の作用に加えて、さらにＣＯＰおよびＣ
ＯＰ発生原因となる微小欠陥密度を低減させるために１
１００℃から１０００℃の温度領域を結晶冷却速度１．
０℃／分未満で徐冷する。

【００１８】本発明方法５では方法１あるいは方法２あ
るいは方法３の作用に加えて、さらにＣＯＰおよびＣＯ
Ｐ発生原因となる微小欠陥サイズを低減させるために１
１００℃から１０００℃の温度領域を結晶冷却速度１．
０℃／分以上で急冷する。

【００１９】

【実施例】以下に本発明の実施例を挙げて説明するが、
本発明がこれらの実施例の記載によって制限されるもの
でないことは言うまでもない。

【００２０】実施例に先立ち、本発明により製造したシ
リコン単結晶のＣＯＰおよびＣＯＰ発生原因となる微小
欠陥、さらにＲ−ＯＳＦ領域の有無の評価方法、またデ
バイス特性評価方法を以下に説明する。

【００２１】ＣＯＰは、製造した結晶をウエハー加工し
鏡面研磨後、アンモニア：過酸化水素：水＝１：１：５
のＳＣ−１洗浄液で洗浄した後、レーザーパーティクル
カウンターＬＳ６０００でパーティクル数を測定した。
さらに、真性パーティクルを除去しＣＯＰ発生原因の欠
陥のみの体積密度を評価するためにＳＣ−１洗浄とパー
ティクル測定を１０回繰り返し、その増分から体積密度
を求めた。ＣＯＰ発生原因となる微小欠陥は、赤外レー
ザ干渉法による測定装置（ＯＰＰ：Oxygen Precipitate
Profiler）により密度、サイズを計測した。Ｒ−ＯＳ
Ｆ領域の形成の有無については、ＯＳＦを発生させるた
めに１１００℃で酸化雰囲気中で９０分熱処理後、Ｘ線
トポグラフにより観察した。

【００２２】酸化膜耐圧は鏡面加工を施したシリコンウ
ェーハ試料上にＭＯＳダイオードを形成し、１０００℃
の乾燥酸素雰囲気中で形成された２５．０ｎｍの二酸化
珪素膜であるゲート酸化膜（絶縁酸化膜）の電気特性を
調べることによって行った。酸化膜を通して流れる電流
密度が１μＡ／ｃｍ^２の時のゲート酸化膜に印加される
平均電界を測定した。特に、その平均電界が８．０ＭＶ
／ｃｍ以上である場合は、真性絶縁破壊領域（Ｃモード
領域）と呼ばれ耐圧劣化を起こす結晶欠陥が存在しない
領域である。したがって、耐圧特性評価において、平均
電界が８．０ＭＶ／ｃｍ以上で破壊する（Ｃモード領域
にある）ＭＯＳダイオードの個数の総数に対する割合が
多いシリコンウェーハが耐圧特性の優れた結晶である。

【００２３】以下に、実施例および比較例を述べるが、
引上げ育成した結晶の仕様は、伝導型：ｐ型（ボロンド
ープ）、結晶径：６インチ用（直径１６０ｍｍ）、抵抗
率：１０Ω・ｃｍ、酸素濃度：８．５〜９．５×１０
^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３（日本電子工業振興協会による
酸素濃度換算係数を用いて算出）、炭素濃度：＜１．０
×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３（日本電子工業振興協会
による炭素濃度換算係数を用いて算出）である。

【００２４】表１に、本発明の実施例１から実施例５、
および比較例１、比較例２におけるウェーハのレーザー
パーティクルカウンターＬＳ６０００で測定したＣＯ
Ｐ、赤外レーザ干渉法（ＯＰＰ）にて計測したＣＯＰ発
生原因となる微小欠陥の体積密度、および酸化膜耐圧、
さらにＲ−ＯＳＦの存在位置それぞれの測定結果のまと
めを示す。

【００２５】実施例１ 本発明に用いられるシリコン単結晶製造装置は、通常チ
ョクラルスキー法によるシリコン単結晶製造に用いられ
るものであれば特に限定されるものではなく、本実施例
では図３に示すような製造装置を用いた。このチョクラ
ルスキー法シリコン単結晶製造装置の特徴は、結晶冷却
温度および速度パターンが図６中（実施例１）のような
引き上げ条件、結晶引き上げ炉内で１３００℃以上の温
度域を４００分以上経過して結晶が通過するような徐冷
領域をを形成するために温度制御装置を設置した。温度
制御装置としては、引き上げ育成されるシリコン単結晶
インゴットを取り囲むように設置された黒鉛などの断熱
保温材や加熱ヒータなどが有効である。

【００２６】この装置を使用して、以下の条件でシリコ
ン単結晶を育成した。この単結晶インゴットから切りだ
したウェーハのＣＯＰおよび赤外レーザ干渉法（ＯＰ
Ｐ）にて計測したＣＯＰ発生原因となる微小欠陥の体積
密度、酸化膜耐圧、Ｒ−ＯＳＦの存在位置を表１に示し
た。これらのシリコンウェーハにおいては、０．１３μ
ｍ以上のＣＯＰはゼロレベルで、０．１１μｍ以上の小
さなＣＯＰを含めても約１０個程度（０．０５個／ｃｍ
^２）で従来技術に比べて１桁程度低減されている。ま
た、ＣＯＰおよびＣＯＰ発生原因となる微小欠陥の体積
密度は１．０×１０^５／ｃｍ^３以下でやはり１桁低減さ
れている。結果的に耐圧特性も非常に良好である。本結
晶においては１３５０℃以上の徐冷の効果のためにＲ−
ＯＳＦ領域が若干エッジから内側に入っている。

【００２７】実施例２ 実施例１の装置を用いて、以下の条件でシリコン単結晶
を育成した。結晶冷却温度および速度パターンが図６中
（実施例２）のような引き上げ条件、すなわち１３５０
℃以上の温度領域の通過時間は６０分未満であるが、１
３５０℃〜１３００℃の結晶温度領域を４００分程度経
過しゆっくり冷却されるような条件でシリコン単結晶を
育成した。この単結晶インゴットから切りだしたウェー
ハのＣＯＰおよび赤外レーザ干渉法（ＯＰＰ）にて計測
したＣＯＰ発生原因となる微小欠陥の体積密度、酸化膜
耐圧、Ｒ−ＯＳＦの存在位置を表１に示した。これらの
シリコンウェーハにおいても実施例１と同様、０．１３
μｍ以上のＣＯＰはほぼゼロレベルで、０．１１μｍ以
上の小さなＣＯＰを含めても２０個（０．１個／ｃ
ｍ^２）以下で従来技術に比べて１桁程度低減されてい
る。また、ＣＯＰおよびＣＯＰ発生原因となる微小欠陥
の体積密度は１．０×１０^５／ｃｍ^３レベルで顕著に低
減されている。結果的に耐圧特性も非常に良好である。
本結晶においては１３５０℃以上の保持時間を６０分未
満としたためにＲ−ＯＳＦ領域は結晶インゴットエッジ
ないしはエッジより外方に消滅している。

【００２８】実施例３ 実施例１の装置を用いて、以下の条件でシリコン単結晶
を育成した。引上げ速度ｖ（ｍｍ／分）と凝固界面での
結晶側の温度勾配Ｇ（℃／ｍｍ）の比ｖ／Ｇが０．１３
より大きくなるようにした。すなわち、本実施例におい
ては凝固界面での結晶温度勾配は約１．８℃／ｍｍで、
引上げ速度ｖを０．６ｍｍ／分に設定し（この場合ｖ／
Ｇ＝０．３３）結晶引上げを実施した。さらに、１３０
０℃以上のの結晶温度領域を４００分程度経過しゆっく
り冷却されるような条件でシリコン単結晶を育成した。
この場合の結晶冷却温度および速度パターンは図６中
（実施例３）で、実施例１に比べて引上げ速度が高めの
ため高温での徐冷時間が短くなっている。しかしなが
ら、凝固界面付近の断熱や加温条件を変更することによ
り温度勾配を本実施例よりさらに小さくしたり、高温領
域を延長する事が可能であり徐冷時間は長くすることが
できる。本実施例にて引上げ育成した単結晶インゴット
から切りだしたシリコンウェーハのＣＯＰ数、繰り返し
洗浄により求めたＣＯＰ体積密度、赤外レーザー干渉法
（ＯＰＰ）により求めたＣＯＰ発生原因となる微小欠陥
密度、酸化膜耐圧の測定結果、表１に示す。これらのシ
リコンウェーハにおいても実施例１、２と同様、０．１
３μｍ以上のＣＯＰはほぼゼロレベルで、０．１１μｍ
以上の小さなＣＯＰを含めても２０個（０．１個／ｃｍ
^２）以下で従来技術に比べて１桁程度低減されている。
また、ＣＯＰおよびＣＯＰ発生原因となる微小欠陥の体
積密度は１．０×１０^５／ｃｍ^３レベルで顕著に低減さ
れている。結果的に耐圧特性も非常に良好である。本結
晶においてはＲ−ＯＳＦ領域は結晶インゴットエッジよ
り外方に消滅している。

【００２９】実施例４ 本実施例では図４に示すような製造装置を用いた。すな
わち、実施例１および図３で示した製造装置に加えて、
さらに１１００℃から１０００℃の低温温度領域も１．
０℃／分以下の冷却速度で徐冷するために図３に示した
温度制御装置の上方に、さらに保温断熱材や加温ヒータ
で構成される保温あるいは加温装置を設置した。なお、
図４のように新たに保温あるいは加温装置を設置しなく
とも、図３の温度制御装置を上方、すなわち結晶温度が
低い側に延長するのでもよい。このような製造装置を用
い、１３００℃以上の結晶温度領域を４００分以上保持
した後、さらに１１００℃から１０００℃の温度領域を
１．０℃／分以下の冷却速度で徐冷し結晶引上げを行っ
た。このシリコン単結晶インゴットから切りだしたウェ
ーハのＣＯＰ数、繰り返し洗浄により求めたＣＯＰ体積
密度、赤外レーザー干渉法（ＯＰＰ）により求めたＣＯ
Ｐ発生原因となる微小欠陥密度、酸化膜耐圧の測定結
果、表１に示す。これらのシリコンウェーハにおいて
は、０．１３μｍ以上のＣＯＰも０．１１μｍ以上の小
さなＣＯＰも１０個（０．０５個／ｃｍ^２）以下で低減
効果が著しい。しかしながら、１１００℃から１０００
℃の徐冷効果により０．１３μｍ以上の大きなＣＯＰの
若干の増加が見られるのが特徴である。また、ＣＯＰお
よびＣＯＰ発生原因となる微小欠陥の体積密度も５．０
〜８．０×１０^４／ｃｍ^３レベルで最も低くなってい
る。その結果、耐圧特性も非常に良好である。本結晶に
おいてはＲ−ＯＳＦ領域は結晶インゴットエッジあるい
はエッジ外方に消滅している。

【００３０】実施例５ 本実施例では図５に示すような製造装置を用いた。すな
わち、実施例１および図３で示した製造装置に加えて、
さらに１１００℃から１０００℃の低温温度領域を１．
０℃／分以上の冷却速度で冷却するために図３に示した
温度制御装置の上方に、冷却速度を高めるために円筒型
の冷却装置を設置した。冷却装置としては、熱伝導性の
良く輻射率の大きい黒鉛板や金属板が有効で、当該冷却
装置によって結晶からの輻射熱を抜熱し、さらに当該冷
却装置と引上げ途中の結晶の間を流れる雰囲気ガス（本
実施例ではアルゴンガス）による対流伝熱による抜熱効
果で冷却される。当該冷却装置として用いられる黒鉛板
や金属板をガスや液体を用いて強制冷却してもよい。こ
のような製造装置を用い、１３００℃以上の結晶温度領
域を４００分以上保持した後、さらに１１００℃から１
０００℃の温度領域を１．０℃／分以上の冷却速度で冷
却し結晶引上げを行った。このシリコン単結晶インゴッ
トから切りだしたウェーハのＣＯＰ数、繰り返し洗浄に
より求めたＣＯＰ体積密度、赤外レーザー干渉法（ＯＰ
Ｐ）により求めたＣＯＰ発生原因となる微小欠陥密度、
酸化膜耐圧の測定結果、表１に示す。これらのシリコン
ウェーハにおいては、０．１３μｍ以上のＣＯＰはゼロ
で、０．１１μｍ以上の小さなＣＯＰも１０個（０．０
５個／ｃｍ^２）以下で低減効果が著しい。また、ＣＯＰ
およびＣＯＰ発生原因となる微小欠陥の体積密度も１．
０×１０^５／ｃｍ^３レベルで顕著に密度が低減されてい
る。その結果、耐圧特性も非常に良好である。本結晶に
おいてはＲ−ＯＳＦ領域は結晶インゴットエッジあるい
はエッジ外方に消滅している。

【００３１】比較例１ 本比較例は、従来技術の一例である。図３に示した実施
例１で用いた製造装置と同様な結晶成長装置を用いた。
しかしながら、結晶冷却温度および速度パターンは図６
中（比較例１）のような引き上げ条件、すなわち、結晶
引き上げ炉内で１３００℃以上の温度領域に保持される
時間は４０分程度で、１２００℃以上に保持される時間
も８０分程度であるような高温冷却条件を実現するよう
温度制御装置を設置し、さらに１２００℃〜１０００℃
の温度領域通過時間が８０分程度であるようなシリコン
単結晶引上げ装置である。温度制御装置としては、引き
上げ育成されるシリコン単結晶インゴットを取り囲むよ
うに設置された黒鉛などの断熱保温材や加熱ヒータなど
が有効である。ただし、実施例１と比較して高温領域の
徐冷結晶長さあるいは時間が短いことが特徴である。本
比較例の結晶冷却パターンは、高温領域の徐冷時間が１
００分程度以下で比較的短いことから冷却条件を制御す
る温度制御装置を必ずしも用いる必要はなく、結晶成長
速度すなわち引上げ速度を低速にすることによっても実
現可能である。

【００３２】この引上げ装置を使用して、結晶成長した
シリコン単結晶インゴットから切りだしたウェーハのＣ
ＯＰおよび赤外レーザ干渉法（ＯＰＰ）にて計測したＣ
ＯＰ発生原因となる微小欠陥の体積密度、酸化膜耐圧、
Ｒ−ＯＳＦの存在位置を表１に示した。これらのシリコ
ンウェーハにおいては、０．１３μｍ以上のＣＯＰは２
００個（１．０個／ｃｍ^２）で、０．１１μｍ以上の小
さなＣＯＰを含めると５００個（２．５個／ｃｍ^２）程
度である。また、ＣＯＰおよびＣＯＰ発生原因となる微
小欠陥の体積密度は１．０×１０^６／ｃｍ^３程度ある。
耐圧特性は、その特性の指標である８．０ＭＶ／ｃｍ以
上の印加電界で破壊する面積比率は２０％程度である。
これら本比較例の結果は、本発明の実施例に比べてＣＯ
Ｐの個数および密度、あるいはＣＯＰ発生原因となって
いる微小欠陥の密度いずれも非常に悪い。また、酸化膜
耐圧も良好ではない。

【００３３】比較例２ 本比較例では、比較例１で用いた装置と同様な装置を用
いて結晶育成した。ただし、本比較例の結晶冷却温度お
よび速度パターンは図６中（比較例２）のような引き上
げ条件、すなわち１３００℃以上の温度領域を通過する
時間が１２０分程度で、１２００℃以上の温度領域に保
持される時間が２２０分程度であり、さらに１２００℃
〜１０００℃の温度領域通過時間が１００分程度である
ことが特徴である。

【００３４】この引上げ装置を使用して、結晶成長した
シリコン単結晶インゴットから切りだしたウェーハのＣ
ＯＰおよび赤外レーザ干渉法（ＯＰＰ）にて計測したＣ
ＯＰ発生原因となる微小欠陥の体積密度、酸化膜耐圧、
Ｒ−ＯＳＦの存在位置を表１に示した。これらのシリコ
ンウェーハにおいては、０．１３μｍ以上のＣＯＰは５
０個（０．２５個／ｃｍ^２）で、０．１１μｍ以上のＣ
ＯＰ数は１００個（０．５個／ｃｍ^２）程度であり、比
較例１に比較してＣＯＰ数が低減している。また、ＣＯ
ＰおよびＣＯＰ発生原因となる微小欠陥の体積密度は
８．０×１０^５／ｃｍ^３〜１．０×１０^６／ｃｍ^３程度
で、やはり比較例１に比べて若干減少が認められる。し
かしながら、本発明で実現したようなＣＯＰ数がほぼゼ
ロに近いレベル、あるいはＣＯＰ発生原因の微小欠陥の
体積密度も１桁減少させ、耐圧特性も８．０ＭＶ／ｃｍ
以上の破壊面積比率が６０％以上である品質レベルから
は、はるかに劣るものである。

【００３５】

【表１】

【００３６】

【発明の効果】本発明のシリコン単結晶あるいは本発明
の製造方法によるシリコン単結晶は、従来知られていた
方法によって育成したシリコン単結晶に比べて顕著にＣ
ＯＰおよびＣＯＰ発生原因となる微小欠陥を低減化し、
酸化膜耐圧などのデバイス特性を向上させ、素子間分離
不良率を低減化させる優れた結晶であり今後さらに高集
積化が進むデバイス用ウェーハに適する。また、本発明
のシリコン単結晶製造方法は、顕著にＣＯＰおよびＣＯ
Ｐ発生原因となる微小欠陥を低減化し、酸化膜耐圧など
のデバイス特性を向上させ、素子間分離不良率を低減化
させる優れた結晶を提供できるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、結晶冷却条件と
０．１１μｍ以上のＣＯＰの面密度、Ｒ−ＯＳＦ領域の
発生状況、ＣＯＰ発生原因となる微小欠陥の体積密度の
関係を示す。

【図２】（ａ）、（ｂ）は一定速度で結晶成長した場合
の１３００℃以上の温度領域を結晶が滞在する時間に対
する０．１１μｍ以上のＣＯＰの個数の変化および１３
００℃以上の温度領域を結晶が滞在する時間に対するＣ
ＯＰ発生原因となる微小欠陥の総体積、すなわち当該微
小欠陥を構成する点欠陥の総量変化に対応する結果を示
す。

【図３】は１３００℃以上の高温領域での結晶を徐冷す
る温度制御装置２０を有するＣＺ法シリコン単結晶製造
装置。

【図４】は図３に１１００℃〜１０００℃の低温領域を
徐冷するために別の温度制御装置３０を付加したＣＺ法
シリコン単結晶製造装置。

【図５】は図３に１１００℃〜１０００℃の低温領域を
急冷するために別の結晶冷却装置４０を付加したＣＺ法
シリコン単結晶製造装置。

【図６】は実施例および比較例で用いた結晶引上時の結
晶冷却温度パターンを示す。

【符号の説明】

１…ＣＺ法シリコン単結晶引き上げ炉 ２…ワイヤ巻き上げ機 ３…断熱材 ４…加熱ヒータ ５…回転治具 ６…ルツボ ６ａ…石英ルツボ ６ｂ…黒鉛ルツボ ７…ワイヤ ８…種結晶 ９…チャック １０…ガス導入口 １１…ガス排出口 ２０…温度制御装置（結晶徐冷装置） ３０…温度制御装置（結晶徐冷装置） ４０…温度制御装置（結晶冷却装置）

フロントページの続き (72)発明者 宮内 雅弘 山口県光市大字島田3434番地 ニッテツ電 子株式会社内 (72)発明者 岩崎 俊夫 山口県光市大字島田3434番地 ニッテツ電 子株式会社内

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 チョクラルスキー法によるシリコン単結
   晶の製造において、融点から１３００℃の結晶温度領域
   内を通過する時間が４００分以上である結晶引き上げ成
   長をすることを特徴とするシリコン単結晶の製造方法。
2. 【請求項２】 チョクラルスキー法によるシリコン単結
   晶の製造において、融点から１３５０℃の結晶温度領域
   の通過時間が６０分未満、１３５０℃〜１３００℃の結
   晶温度領域内の通過時間が４００分以上である結晶引き
   上げ成長をすることを特徴とするシリコン単結晶の製造
   方法。
3. 【請求項３】 チョクラルスキー法によるシリコン単結
   晶の製造において、引上げ速度ｖ（ｍｍ／分）、凝固界
   面での結晶温度勾配Ｇ（℃／ｍｍ）が、ｖ／Ｇ＞０．１
   ３となる条件で引上げ、かつ１３００℃以上の結晶温度
   領域内の通過時間が４００分以上である結晶引き上げ成
   長をすることを特徴とするシリコン単結晶の製造方法。
4. 【請求項４】 １１００℃から１０００℃の温度範囲の
   冷却速度が１．０℃／分未満であることを特徴とする請
   求項（１）および（２）に記載の結晶製造方法。
5. 【請求項５】 １１００℃から１０００℃の温度範囲の
   冷却速度が１．０℃／分以上であることを特徴とする請
   求項（１）および（２）に記載の結晶製造方法。
6. 【請求項６】 請求項（１）ないし（２）ないし（３）
   ないし（５）の方法で製造されたシリコン単結晶であっ
   て、０．１３μｍ以上の大きなＣＯＰが存在しないシリ
   コン単結晶。
7. 【請求項７】 請求項（１）ないし（２）ないし（３）
   ないし（４）ないし（５）の方法で製造されたシリコン
   単結から切り出され鏡面加工されたウエハーにおいて、
   ０．１１μｍ以上のＣＯＰの表面密度が０．１個／ｃｍ
   ^２以下であるシリコン単結晶。
8. 【請求項８】 請求項（１）ないし（２）ないし（３）
   ないし（４）ないし（５）の方法で製造されたシリコン
   単結において、ＣＯＰを形成する微小結晶欠陥の体積密
   度が５×１０^５個／ｃｍ^３以下であるシリコン単結晶。
9. 【請求項９】 請求項（１）ないし（２）ないし（３）
   ないし（４）ないし（５）の方法で製造されたシリコン
   単結晶であって、ＣＯＰを形成する微小結晶欠陥体積
   が、母相の単位体積（１ｃｍ^３）に対し１０^１２ｎｍ^３
   以下であるシリコン単結晶。